Viime vuosina 9. ja 11. luokalla valmistuneiden kemian kokeen läpäisevyyden kysyntä on ollut vakaata. Syynä on lääketieteen ja tekniikan korkeakoulujen kasvava suosio, joissa kemia toimii profiilikokeena.
Relevanssi
Ollakseen kilpailukykyinen hakeessaan opiskelijoiden on osoitettava korkea tietotaso kokeessa.
Ongelmat, joissa rikkijauhetta sekoitettiin ylimäärään alumiinijauhetta, sitten lisättiin happoa ja sitten vettä, olivat erityisen vaikeita tuleville lääkäreille ja insinööreille. On tarpeen tehdä laskelmia, määrittää yksi aineista ja myös laatia yhtälöt käynnissä oleville reaktioille.
Miten ratkaistaan muiden epäorgaanisten yhdisteiden kanssa sekoitettua alumiinijauhetta koskevat ongelmat? Mietitään tätä asiaa tarkemmin.
Ensimmäinen esimerkki
Rikkijauhe sekoitettiin alumiinijauheen kanssa, sitten seosta kuumennettiin, jolloin aine saatiintämän reaktion tulos laitetaan veteen. Tuloksena oleva kaasu jaettiin kahteen osaan. Yksi sekoitettiin suolahapon kanssa ja natriumhydroksidiliuosta lisättiin toiseen, kunnes sakka liukeni. Mitä muutoksia tapahtui? Kirjoita yhtälöt kaikille tehtävässä kuvattuja muunnoksia vastaaville reaktioille.
Vastauksen tulee olla neljä yhtälöä stereokemiallisilla kertoimilla.
Rikkijauhe sekoitettuna ylimääräiseen alumiinijauheeseen, mitä tapahtuu? Aineet reagoivat kaavion mukaisesti, jossa lopputuote on suola.
Vesiympäristössä oleva alumiinisulfidi hydrolysoituu. Koska tämä suola muodostuu heikosta emäksestä (alumiinihydroksidi) ja heikosta vetysulfidihaposta, tapahtuu täydellinen hydrolyysi. Prosessi tuottaa liukenemattoman emäksen ja haihtuvan hapon.
Yhden tuotteen, nimittäin alumiinihydroksidin ja suolahapon vuorovaikutuksessa tapahtuu ioninvaihtoreaktio.
Koska alumiinihydroksidilla on amfoteerisia (kaksois)kemiallisia ominaisuuksia, se muodostaa monimutkaisen suolan (natriumtetrahydroksoaluminaatin) natriumhydroksidiliuoksen kanssa.
Toinen esimerkki
Katsotaanpa toista esimerkkiä tehtävästä, joka sisältää ehdossa mainittujen prosessien kirjoittamisen. Alumiinijauhe sekoitetaan jodin kanssa. Lisää pieni määrä vettä. Prosessissa saatu yhdiste liuotetaan veteen, siihen lisätään ylimäärä ammoniakkivettä. Sakka suodatetaan pois, kalsinoidaan. Kalsinoinnin jäännöksellenatriumkarbonaattia lisätään, seos sulatetaan. Kirjoita neljä reaktioyhtälöä stereokemiallisilla kertoimilla, jotka vastaavat kuvattuja prosesseja.
Koska alumiinijauhe sekoitetaan jodin kanssa ongelman tilanteen mukaan, ensimmäinen yksinkertaisten aineiden vuorovaikutuksen yhtälö on muotoa:
2Al + 3I2=2AlI3
Tämä reaktio vaatii pienen määrän vettä, joka mainitaan ehdossa.
Seuraava kemiallinen reaktio kuvastaa ensimmäisessä vaiheessa saadun alumiinijodidin vuorovaikutusta natriumhydroksidin kanssa:
AlI3 + 3NaOH=Al(OH)3 + 3NaI
Koska tämän prosessin tuotteella (alumiinihydroksidilla) on emäksille tyypillisiä ominaisuuksia, se lähtee ioninvaihtoreaktioon hapon kanssa, suola ja vesi toimivat reaktiotuotteina:
Al(OH)3 + 3HCl=AlCl3 + 3H2O
Koululaisten suurin vaikeus ratkaista ongelma, jossa alumiinijauhetta esiintyy, on viimeinen reaktio. Kun alumiinikloridi on vuorovaikutuksessa natriumkarbonaatin vesiliuoksen kanssa reaktioseoksessa, suolojen hydrolyysiprosessi etenee, mikä johtaa natriumkloridin, hiilidioksidin ja alumiinihydroksidin tuotantoon. Reaktio näyttää tältä:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2 O=2Al(OH)3 + 3CO2 + 6NaCL
Mitä vaikeuksia koululaisilla on
Joissakin tehtävissä oletetaan, että fosforia sekoitettiin liikaaalumiinijauhetta. Ratkaisualgoritmi on samanlainen kuin kaksi edellistä esimerkkiä. Ongelmista, joita valmistuneet kokevat tällaisissa tehtävissä, huomaamme ehtojen tarkkaavaisen lukemisen. Jättäen pois näkyvistä esimerkiksi veden läsnäolon reaktioseoksessa, valmistuneet unohtavat hydrolyysin mahdollisuuden seoksessa, kirjoittavat väärin prosessin kemiallisen yhtälön. Kaikki eivät voi kuvata toimia aineilla: haihdutus, suodatus, kalsinointi, paahtaminen, sulattaminen, sintraus. Tietämättä eroja fysikaalisten ja kemiallisten vuorovaikutusten välillä, on mahdotonta luottaa tällaisten tehtävien onnistuneeseen suorittamiseen.
Kolmas esimerkki
Sytytä mangaani(II)nitraatti. Lisää väkevää kloorivetyhappoa tuloksena olevaan ruskeaan kiinteään aineeseen. Tässä prosessissa vapautuva kaasu johdetaan vetysulfidihapon läpi. Kun bariumkloridia lisätään tuloksena olevaan liuokseen, havaitaan saostumista. Kirjoita neljä kemiallista yhtälöä, jotka vastaavat kuvattuja muunnoksia.
Kalsinoituna yhdestä aineesta tulisi muodostua useita tuotteita kerralla. Ehdotetussa ongelmassa ruskea kaasu ja mangaanioksidi (IV) saadaan alkuperäisestä nitraatista:
Mn(EI3)2 → MnO2 + 2NO 2
Kun tuotteisiin on lisätty väkevää suolahappoa, saadaan kaasumaisen kloorin lisäksi vettä sekä mangaani(II)kloridia:
MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl 2
Kloori reagoi rikkivetyhapon kanssa, rikki muodostuu sakana. Prosessiyhtälö on seuraava:
Cl2 +H2S → 2HCl + S
Koska rikki ei pysty muodostamaan sakkaa bariumkloridin kanssa, on otettava huomioon, että kloorin ja rikkivedyn seos vesimolekyylien läsnä ollessa voi olla vuorovaikutuksessa seuraavasti:
4Cl2 + H2S + 4H2O → 8HCl + H 2SO4
Siksi rikkihappo reagoi bariumkloridin kanssa:
Н2SO4 + BaCl2 → BaSO4+ 2HCl
Tärkeitä kohtia
Kaikki lukiolaiset eivät tiedä, kuinka alumiinijauheita saadaan teollisuudessa, missä niitä käytetään. Koulukemian kurssille jäävä vähimmäismäärä käytännön ja laboratoriotyötä vaikuttaa negatiivisesti koululaisten käytännön taitoihin. Siksi aineen aggregoituun olomuotoon, sen väriin, ominaispiirteisiin liittyvät tehtävät aiheuttavat vaikeuksia kemian yhtenäisen v altiokokeen suorittaville valmistuneille.
Testin kirjoittajat käyttävät usein alumiinioksidia, jonka jauhe reagoi rikin tai halogeenin kanssa muodostaen vastaavasti sulfidia tai halogenidia. Lukiolaiset kaipaavat sitä tosiasiaa, että tuloksena oleva suola hydrolysoituu vesiliuoksessa, joten he tekevät tehtävän toisen osan väärin ja menettävät pisteitä.
Yhteenveto
Toselviytyä virheettömästi kysymyksistä, jotka liittyvät useisiin epäorgaanisten aineiden muunnoksiin, on välttämätöntä saada käsitys kvalitatiivisista reaktioista kationeihin ja anioneihin, tietää hydrolyysin kulkuolosuhteet, kirjoittaa molekyyli- ja ioniyhtälöt. Käytännön taitojen puuttuessa vaikeuttavat kysymykset aineiden vuorovaikutuksen ulkoisista merkeistä.